থার্মো-ইলেকট্রিক জেনারেটরের প্রাথমিক জ্ঞান

পদার্থবিজ্ঞানে, আমরা জানি যে শক্তি তৈরি বা ধ্বংস করা যায় না, এটি কেবল তার রূপ পরিবর্তন করতে পারে। এটি শক্তি সংরক্ষণের আইন, যা প্রকৌশলীদের শক্তিকে আরও দরকারী ফর্মগুলিতে রূপান্তর করার উপায়গুলি খুঁজে বের করতে অনুরোধ করে।

তাপবিদ্যুৎ উৎপাদন একটি ভালো উদাহরণ, যা সরাসরি তাপকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করতে পারে। এই প্রভাবটি প্রথম থমাস সিবেক আবিষ্কার করেছিলেন এবং এখন এটি সিবেক প্রভাব নামে পরিচিত, যা থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর (TEGs) নামক ডিভাইসগুলিতে প্রয়োগ করা হয়েছে। এটি 20 শতক পর্যন্ত নয় যে এই সলিড-স্টেট ডিভাইসগুলি ব্যবহারিক প্রয়োগে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি করেছিল, প্রথম বাণিজ্যিক সংস্করণ 1960-এর দশকে প্রদর্শিত হয়েছিল। তারপর থেকে, TEG বিভিন্ন ধরনের অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্র প্রবেশ করেছে।

TEG মডিউলের প্রাথমিক জ্ঞান
থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর মডিউল (সাধারণত TEG নামে পরিচিত) এর কার্য নীতি হল তাপমাত্রার পার্থক্যকে ভোল্টেজে রূপান্তর করা এবং এর বিপরীতে। এই বৈশিষ্ট্যটিকে থার্মোইলেকট্রিক প্রভাব বলা হয়, যার মধ্যে তিনটি সম্পর্কিত অংশ রয়েছে: 1) সিবেক প্রভাব, যা তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্টের মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে; 2) পেল্টিয়ার প্রভাব বলতে বোঝায় তাপ শোষণ বা মুক্তি যখন দুটি ভিন্ন পদার্থের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়; 3) থমসন ইফেক্ট বলতে কারেন্ট প্রবাহের দিকের উপর ভিত্তি করে তাপ উৎপাদন বা শোষণকে বোঝায়।

থার্মোইলেকট্রিক প্রযুক্তির একটি সাধারণ বিভ্রান্তি হল তাপবিদ্যুৎ জেনারেটর (TEGs) এবং থার্মোইলেকট্রিক কুলার (TECs) এর মধ্যে পার্থক্য। TEG তাপের মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে Seebeck প্রভাব ব্যবহার করে, যখন TEC শীতল প্রদান বা স্থিতিশীল তাপমাত্রা বজায় রাখতে পেল্টিয়ার প্রভাব ব্যবহার করে। এই উভয় প্রভাবই অনুরূপ সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের উপর নির্ভর করে, কিন্তু ভিন্ন ডিজাইনের সাথে: TEG উচ্চ তাপমাত্রার পার্থক্য এবং দক্ষ পাওয়ার আউটপুট অর্জন করতে পারে, যখন TEC তাপ সঞ্চালনকে অপ্টিমাইজ করার জন্য সিরামিক এবং তামার মতো উপকরণ ব্যবহার করে।

প্রকৃতপক্ষে, যদি লক্ষ্য তাপ শক্তি ব্যবহার করে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়, তাহলে TEG মডিউলটি সঠিক পছন্দ। টিইসি বা পেল্টিয়ার মডিউলগুলি শীতল বা তাপমাত্রা স্থিতিশীলতার জন্য আরও কার্যকর। সেম স্কাই TEG মডিউল এবং পেল্টিয়ার মডিউল উভয়ই প্রদান করে, যা ডিজাইনের চাহিদা অনুযায়ী উপযুক্ত ডিভাইস নির্বাচন করা সহজ করে তোলে।

আধুনিক থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটরে (TEGs), গরম এবং ঠান্ডা পৃষ্ঠের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য থাকলে বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপন্ন হয়। মডিউলের অভ্যন্তরে, এন-টাইপ এবং পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরগুলির একাধিক জোড়া (সাধারণত বিসমাথ টেলুরাইড দিয়ে তৈরি) দুটি প্লেটের মধ্যে স্থাপন করা হয় (চিত্র 1)। এন-টাইপ উপকরণগুলিতে, ইলেক্ট্রনগুলি গরম দিক থেকে ঠান্ডা দিকে প্রবাহিত হয়, যখন পি-টাইপ উপকরণগুলিতে, একই দিকে গর্তের স্থানান্তর (অর্থাৎ ইলেক্ট্রন শূন্যস্থান) এর কারণে আন্দোলন ঘটে। এই দুটি প্রবাহ যৌথভাবে ভোল্টেজ তৈরি করে এবং তাপমাত্রার পার্থক্য যত বেশি হবে, আউটপুট ভোল্টেজ তত বেশি হবে।

TEG বিশেষ করে এমন পরিস্থিতিতে মূল্যবান যেখানে তাপ বর্জ্য হতে পারে, যেমন শিল্প উৎপাদনে, কারণ এটি হারানো শক্তি পুনরুদ্ধার করতে সাহায্য করে। TEG দূরবর্তী বা চরম পরিবেশেও কাজ করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, যখন অপর্যাপ্ত সূর্যালোক থাকে, তখন তেজস্ক্রিয় ক্ষয় দ্বারা সৃষ্ট তাপকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে মহাকাশ অনুসন্ধানের জন্য শক্তি সরবরাহ করা হয়।

TEG মডিউলের সাধারণ কাঠামো
চিত্র 1: TEG মডিউলের সাধারণ কাঠামো। (ছবির সূত্র: একই আকাশ)

TEG এর সুবিধা এবং অসুবিধা
থার্মোইলেকট্রিক সেমিকন্ডাক্টর পাওয়ার জেনারেশন (TEG) মডিউলগুলির প্রধান সুবিধা হল বর্জ্য তাপকে ব্যবহারযোগ্য বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করার ক্ষমতা, যা অন্যথায় হারিয়ে যাবে এমন শক্তি ক্যাপচার করতে সাহায্য করে। অতএব, TEG মডিউলগুলি কেবল ব্যবহারিকই নয় পরিবেশ বান্ধবও।

যেহেতু TEG একটি সলিড-স্টেট ডিভাইস, সেখানে কোনো চলমান যন্ত্রাংশ নেই, যার মানে এই মডিউলটির কোনো শ্রবণযোগ্য শব্দ নেই, এটি বলিষ্ঠ এবং টেকসই এবং প্রায় কোনো রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন নেই। এই মডিউলটির একটি কমপ্যাক্ট চেহারা রয়েছে, এটি ছোট জায়গায় ইনস্টল করা যেতে পারে এবং নির্ভরযোগ্য শক্তি প্রদানের জন্য ঐতিহ্যগত পাওয়ার গ্রিডের উপর নির্ভর না করে একাধিক ভোল্টেজ এবং স্রোত সরবরাহ করে। এটি দূরবর্তী ডিভাইস বা বিকল্প ব্যাটারি সিস্টেমের জন্য TEG-কে একটি আদর্শ পছন্দ করে তোলে।

যদিও থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর (TEGs) বিদ্যুতের একটি নির্ভরযোগ্য উৎস প্রদান করে, তাদের ডিজাইনের সীমাবদ্ধতাও রয়েছে। এই জেনারেটরের কার্যকারিতা মূলত শক্তিশালী তাপমাত্রার পার্থক্যের উপর নির্ভর করে, যা তাপীয় গ্রেডিয়েন্ট সহ নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে তাদের ব্যবহার সীমিত করে। উপরন্তু, TEG-এর রূপান্তর দক্ষতা সাধারণত কম, সাধারণত প্রায় 10%, যা অন্যান্য অনেক শক্তি উৎপাদন প্রযুক্তির তুলনায় বেশি নয়।

TEG-এর জন্য প্রধান নির্বাচনের মানদণ্ড
সিস্টেমে থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর (TEG) মডিউলগুলিকে একীভূত করার সময়, তাদের কার্যকারিতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে এমন মূল বৈশিষ্ট্যগুলি বিবেচনা করা উচিত। একটি জেনারেটরের অপারেশনের ক্ষেত্রে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর হল গরম এবং ঠান্ডা পৃষ্ঠের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য (সাধারণত Δ T হিসাবে উল্লেখ করা হয়)। যদিও এটি TEG-এর বিদ্যুৎ উৎপাদনকে প্রভাবিত করবে, তবে ডেটা টেবিল সবসময় এইভাবে এটি প্রদর্শন করে না। বিপরীতে, নির্মাতারা সাধারণত Tmax তালিকাভুক্ত করে, যা সর্বোচ্চ নিরাপদ অপারেটিং তাপমাত্রা, যা চরম অবস্থা নির্ণয় করতে সাহায্য করে কিন্তু অগত্যা সর্বোত্তম অপারেটিং অবস্থা হতে পারে না।

অন্যান্য দরকারী স্পেসিফিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ, মিলিত লোড ভোল্টেজ, কারেন্ট, রেজিস্ট্যান্স এবং পাওয়ার। এই মানগুলির মাধ্যমে, প্রকৃত তাপ এবং বৈদ্যুতিক লোডের অধীনে থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটরের কার্যকারিতা বোঝা যায়। ডেটা টেবিলে (যেমন সেম স্কাইয়ের ডেটা টেবিল), এই তথ্যগুলি সাধারণত টেবিল (চিত্র 2) এবং পারফরম্যান্স গ্রাফ (চিত্র 3) আকারে সিস্টেম স্তরের নকশাকে সহজ করার জন্য প্রদর্শিত হয়।